Co to jest inwerter fotowoltaiczny? Budowa, zasada działania, kluczowe parametry

Każda instalacja fotowoltaiczna, zarówno ta małej, jak i dużej mocy, musi być wyposażona w inwerter solarny. Zadaniem takiego urządzenia jest zamiana prądu stałego, który produkują panele fotowoltaiczne, na prąd przemienny, który płynie w domowej instalacji elektrycznej. Produkowany przez instalację fotowoltaiczną prąd stały nie może być bezpośrednio wykorzystywany przez odbiorniki sieciowe. Wymaga on wcześniejszego przetworzenia do napięcia nominalnego, identycznego jak w naszych gniazdkach elektrycznych (230 V, 50 Hz).

Prąd stały powstający w instalacji fotowoltaicznej nie nadaje się do zasilana domowych urządzeń, dlatego wymagane jest jego przetworzenie do właściwych parametrów. Do takich celów służą inwertery fotowoltaiczne / inwertery solarne, które zamieniają prąd stały na przemienny. Jak działa inwerter, z czego się składa, jakie są rodzaje? Na te i inne pytania odpowiadam poniżej.

Moduły fotowoltaiczne i układ sterowania

Podstawowymi elementami inwertera są układy wejściowe, do których podłączane są moduły fotowoltaiczne (tzw. stringi). Zapewniają one bezpieczeństwo instalacji oraz zawierają układ, który śledzi maksymalny punkt pracy modułów (tracker MPPT). Kolejnymi elementami inwertera są dwa układy: układ przetwarzający napięcie stałe na napięcie sinusoidalne oraz układ sterowania i zabezpieczeń, który zbiera i sygnalizuje informacje o błędach i awariach.

Rodzaje inwerterów solarnych

Jeżeli przyjrzymy się rynkowi inwerterów solarnych, możemy zauważyć, że w ciągu ostatnich kilku lat osiągnął on wzrost rzędu kilkaset procent. Jest to zasługa rosnącej popularności systemów fotowoltaicznych – coraz więcej inwestorów decyduje się na wykonanie domowej elektrowni słonecznej. Inwertery, które znajdziemy na rynku, można podzielić na współpracujące z siecią elektroenergetyczną i niewymagające akumulatorów oraz inwertery wyspowe, działające autonomicznie lub półautonomicznie – korzystające z własnej baterii rezerwowej.

Inwertery współpracujące z siecią elektroenergetyczną są nazywane sieciowymi (on-grid). Synchronizują się z siecią publiczną, dzięki czemu możemy sprzedawać nadwyżki energii elektrycznej na preferencyjnych warunkach. Sprzedaż nadwyżek do sieci odbywa się po uprzednim podpisaniu umowy z operatorem energetycznym oraz po zamontowaniu przez niego licznika dwukierunkowego.

Inwertery wyspowe (off-grid) nie synchronizują się z siecią elektroenergetyczną, przez co nie mogą do niej oddawać energii – mają jednak możliwość ładowania akumulatorów w przypadku nadwyżek energii słonecznej.

Inwertery półautonomiczne, inaczej hybrydowe, są nowością na rynku – mogą pracować zarówno w trybie sieciowym, jak i wyspowym. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu wbudowanego akumulatora, który może pracować jako bufor energii eklektycznej. W takim rozwiązaniu inwerter gromadzi wyprodukowaną energię elektryczną w akumulatorze, jeśli potrzeby energetyczne budynku są mniejsze od produkowanej mocy z instalacji fotowoltaicznej. Jeśli magazyn energii zostanie zapełniony, dopiero wtedy następuje odprowadzanie nadwyżek energii do sieci elektroenergetycznej.

Rys. 1. Inwerter solarny sieciowy – montaż ścienny

Jaki inwerter do fotowoltaiki, czyli na co zwrócić uwagę?

W ofercie producentów znajdziemy inwertery solarne różniące się parametrami i funkcjami. Do instalacji domowych najlepiej sprawdzi się inwerter małej mocy, rzędu 2-5 kW. Kluczowym parametrem przy doborze inwerterów jest sprawność. Im wyższa, tym większy uzysk energii możemy „przekształcić” przez inwerter. Standardowo rynkowa sprawność inwerterów wynosi 88-92 proc. Inwertery większych mocy mają większą sprawność, bo mogą pozyskać ponad 98 proc. energii przekazywanej przez ogniwa. Jeżeli porównujemy inwertery pod kątem sprawności, musimy brać pod uwagę średnią ważoną sprawność dla różnego obciążenia inwertera. Podawana jest ona w karcie katalogowej pod nazwą EURO.

Kolejnym ważnym parametrem jest sprawność inwertera przy częściowym obciążeniu – należy bowiem pamiętać, że sprawność każdego inwertera spada przy obciążeniach mniejszych niż 20-25 proc. mocy nominalnej. Parametr ten podawany jest w karcie katalogowej pod nazwą NOCT.

Obowiązkowym wyposażeniem każdego inwertera powinien być optymalizator pracy, czyli MPP Trader. Jego zadaniem jest takie obciążanie systemu, by produkcja energii odbywała się w optymalnych warunkach napięcia i natężenia. Jeśli istnieje ryzyko, że instalacja fotowoltaiczna będzie narażona na niewielkie zacienienie, np. spowodowane cieniem rzucanym przez drzewo, komin spalinowy etc. – inwerter z dwoma MPPT będzie pracować wydajniej niż jego odpowiednik z jednym MPPT. Dwa niezależne MPPT dają także możliwość bardziej swobodnego konfigurowania instalacji. 

Ile kosztuje inwerter trójfazowy, a ile inwerter jednofazowy?

W przypadku inwerterów ceny wahają się od kilkuset do kilku tysięcy złotych. Mają na to wpływ producent i parametry techniczne urządzenia. Istotna jest również kwestia, czy wybieramy inwerter jedno-, czy trójfazowy. Przykładowo inwerter trójfazowy o maksymalnej mocy wejścia 5 kW z możliwością podziału na dwa niezależne pola (stringi) może kosztować nawet 3 tys. zł. Natomiast inwerter jednofazowy o maksymalnej mocy wejścia 2 kW przystosowany do pracy z jednym polem (stringiem) to koszt rzędu 1 tys. zł. Pamiętajmy jednak, aby wybór inwertera zawsze skonsultować z projektantem lub instalatorem.